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Projekt
Strom-induzierte Bewegung von Antiskyrmionen in dünnen Heusler-Legierungsschichten
Antragsteller
Professor Dr. Stuart Parkin
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403505322
Magnetische Skyrmionen und Antiskyrmionen sind topologisch geschützte chirale magnetische Nanoobjekte, die potenzielleInformationsträger für zukünftige dichte und energieeffizienteRacetrack-Speicherbausteine sind. In der ersten Runde dieses SPPzeigten wir durch den Einsatz der Lorentz-Transmissionselektronenmikroskopie (LTEM) und derMagnetkraftmikroskopie (MFM) die dickenunabhängige intrinsischeStabilität von Antiskyrmionen, die robuste Abstimmbarkeit der Größevon Antiskyrmionen und die Stabilisierung elliptischer Bloch-Skyrmionen im Antiskyrmionen-System durch weiträumige Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. Bis heute haben wir keinen Beweis für dieBewegung von Antiskyrmionen unter Verwendung von Volumen-Spin-Transfer-Drehmomenten in Lamellen, die aus Bulkkristallen gebildetwerden, gefunden. Der neue Forschungsantrag konzentriert sich aufdie Züchtung ultradünner epitaktischer Heusler-Filme, dieAntiskyrmionen aufnehmen könnten und aus denen wir magnetischeRacetrack-Speicher präparieren können, mit dem Hauptziel, diestrominduzierte Manipulation von Antiskyrmionen unter Verwendungvon Spin-Orbit-Drehmomenten aus benachbartenSchwermetallschichten zu demonstrieren. Um dieses Ziel zuerreichen, werden wir das Wachstum ultradünner Heusler-Filme unterVerwendung neuartiger chemischer Templating-Layer (CTL)erforschen. Letztere wurden verwendet, um binäre tetragonaleVerbindungen zu bilden, die selbst für die Abscheidung beiRaumtemperatur chemisch geordnet sind. Die CTL-Methodeverwendet Verbindungen wie CoAl, IrAl und andere Mitglieder dieserFamilie (als Unterschicht) mit der CsCl-Struktur, die atomar geordnetsind. Unser anfänglicher Schwerpunkt wird die Stabilisierungeinzelner Antiskyrmionen in dickeren D2d Heusler-Schichten sein.Unser nächster Schwerpunkt wird darin bestehen, die Bildung vonAntiskyrmionen in ultradünnen, nur ein oder zwei Einheitszellendicken Filmen zu demonstrieren und die Bewegung vonAntiskyrmionen unter Spin-Orbit-Drehmomenten zu erforschen. Einwichtiges Ziel wird es sein, synthetische antiferromagnetische (SAF)Strukturen auf Heusler-Basis zu züchten, bei denen zwei senkrechtmagnetisierte ferromagnetische Heusler-Subschichten überantiferromagnetische Interlayer-Austauschwechselwirkung gekoppeltsind, die durch eine ultradünne metallische RuAl-Zwischenschichtvermittelt wird. Im Gegensatz zu Antiskyrmionen in ferromagnetischenMaterialien sind die gekoppelten Antiskyrmionen in SAFs völlig freivom Einfluss des Skyrmion-Hall-Effekts. Um diese Filme zu erzeugenwerden wir das Magnetron-Co-Sputterverfahren verwenden, als auchein am MPI-Halle konzipiertes und erbautes IonenstrahlSputtersystem mit niedrigem Arbeitsdruckbereich, drei Quellen undvielen, verschiedenen Targets. Zur Untersuchung derstrominduzierten Bewegung wird eine Kombination verschiedenermagnetischer Abbildungstechniken einschließlich LTEM, MFM, STXMund Kerr-Mikroskopie bei variablen Temperaturen eingesetzt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Rana Saha, Ph.D.
